北京大气污染治理研究生论文

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纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文

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摘要： 现如今，环境污染问题已成为全球性的问题，加大环境保护力度，促进环境与经济的协调发展是世界经济发展的主要手段。大气污染作为环境污染中的一种，加大大气污染的治理力度，缓解温室效应给社会发展带来的难题，有利于实现和谐社会的建设。基于此，文章主要对纳米光催化技术进行了分析，并对其在大气污染治理中的应用进行了研究，以供相关人士参考。

关键词： 纳米光催化技术；大气污染；治理应用

纳米光催化技术在大气污染中的应用，可以提高大气污染的治理水平。由于纳米光催化技术的光敏效果较好，容易达到其反应条件，效率高，对环境及人体具有无害的特点，所以，纳米光催化技术已成为当前社会最先进的空气净化技术。对纳米光催化技术进行分析与研究，充分了解其在大气污染治理中的应用，有利于解决我国严重的.雾霾问题，优化人们的生活环境，促进经济的快速发展。

一、纳米光催化技术理论

太阳能作为“取之不尽，用之不竭”的清洁能源之一，在能源短缺和环境污染日趋严重的今天，其有效利用显得尤为重要。而光催化污染物降解技术既能充分利用太阳能，又能解决大气污染物的处理难题。纳米光催化技术作为一种新型的大气污染物治理方法，在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。与传统的物理吸附法（活性炭）相比，利用纳米光催化技术净化空气具有以下优势：催化降解反应可以在常温常压下进行；操作简便；在太阳光的激发下，能有效去除大气中的污染物如NOx和VOCs，不会造成二次污染。

光催化技术理论主要基于“Fu-jishima-Honda”效应，20世纪70年代后期，Frank和Bard关于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等关于多氯联苯在TiO2紫外光下的降解研究，极大推动了光催化技术在环境污染治理方面的研究。半导体材料的催化氧化机理如下：当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，价带（va-lenceband，VB）上的电子被激发，跃过禁带进入导带（conductionband，CB），而在价带上产生与电子（）对应的空穴（），即产生自由电子-空穴对，活泼的电子、空穴在电场作用下可以分别从半导体的导带、价带迁移至半导体/吸附物界面，而且跃过界面，使被吸附物还原和氧化；同时也存在着电子、空穴的复合。价带空穴（）将吸附的H2O氧化为羟基自由基（），导带电子（）将空气中的O2还原为超氧自由基（）。这两个自由基（），是降解污染物的关键活性基团。其反应原理如下：

二、纳米光催化技术的实际应用

纳米光催化技术在大气污染治理中的应用比较广泛，TiO2作为应用效果较好的光催化剂，具有较好的抗酸碱性、耐光腐蚀性，其化学性质稳定性较好，来源丰富，能源较大，具有产生的光生电子和空穴的电势电位较高等优势。但是，在实际的纳米光催化技术应用过程中，容易受到催化剂、有机物浓度的影响。因此，在大气污染治理过程中，相关人员应重视这些因素对光催化技术的影响。

（一）催化剂对纳米光催化技术的影响。纳米光催化技术的原理，是利用催化剂净化大气的。在反应过程中，催化剂的表面积、粒径等等，都会影响纳米光催化反应。如：当催化剂的粒径不断缩小时，溶液中的单位质量粒子就会增多，虽然光的吸附效率有所增加，但是，光吸收不易饱和；当催化剂系统的表面积增加时，就意味着催化剂参加反应的面积增大，有利于催化反应的进行，反之，则不利于催化反应的进行。另外，催化剂的表面羟基及混晶效应，也是影响纳米光催化反应的另一因素。

（二）光源与光强对大气污染的影响。纳米光催化技术常用的光源有黑光灯、高低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等，波长在200-400nm的范围内。一般情况下，在纳米光催化反应过程中，其光的强度越强，催化反应速度就会逐渐趋于常数，但是，光量子效率则会随着光强度的变化而变化。此外，PH值不同，外加助催化剂及无机盐等等，在一定程度上也会影响纳米光催化技术的反应。

三、纳米光催化大气污染控制技术与其他技术的联用

（一）室内污染控制与通风技术。目前常用室内环境净化与通风技术有主动式和被动式2种。前者是将室内环境净化装置与机械通风系统有机结合起来成为一个整体，而后者采用空气净化过滤器结合自然通风系统。这两种技术均涉及高效通风技术，前者主要针对外源性污染，可采用高效低阻过滤的方式；而后者主要针对内源式污染，比较有效的方式为各种室内净化技术。目前主要通风方式包括混合通风、置换通风和个性化送风。混合通风和置换通风均以营造室内可感风环境为目的，若将空调设定温度调高必然会引起室内人员热舒适性的降低；个性化送风由于其实际使用中制约较多，在实际工程中较少。

（二）过滤技术。过滤技术主要包括纳米纤维过滤技术、光催化纤维过滤技术、膜过滤技术。纳米纤维过滤技术具有一定梯度结构的复合过滤材料可大大提高过滤性能，已用于室内空气净化、水体有机物净化等领域，有望实现大规模工程化应用；纳米光催化技术是一种新型的处理大气污染物的方法，在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。

四、结语

在大气污染治理过程中，单独利用纳米光催化技术的效果并不是特别明显，因此，在治理大气污染过程中，相关人员应将纳米光催化技术与其他先进的大气净化技术进行有效结合，提高大气污染治理效果，保证人们生活健康。

参考文献：

[1]曹军骥，黄宇.纳米光催化技术在大气污染治理中的应用[J].科技导报，2016，17：64-71.

[2]王韶昱.光催化技术在室内空气净化器中的应用研究[D].浙江大学，2013.

对于人类而言，大气是共享的资源，由于全球大气环流的作用使得人类在大气环境保护问题上需要更多的国际合作与交流，然而由此引发的大气环境污染问题也受到人们深切的关注，谁是大气环境污染的罪魁祸首，在这个问题上谁又应当承担更大的责任，而对于那些欠发达国家与发达国家承担同样的损害是否公平？应当怎样解决这一类问题？人类环境伦理的道德观念是不是需要和可能的？这一系列问题都应该从环境伦理的角度来解决。在环境伦理中，正义的原则是首要的原则。环境正义是用正义的原则来规范受人与自然关系影响的人与人之间的伦理道德关系的，它关注人类的合理需要、社会的文明和进步。其主要涵义：一是要求建立环境公正原则，实现人类在环境利益上的公正；二是要求确立公民的环境权。据调查，美国人口仅占全球人口的3％至4％，而排放的二氧化碳却占全球排放量的25％以上，为全球温室气体排放量最大的国家。而总体来讲，占世界国家总数5％的发达国家二氧化碳的排放量占到了总排放量的80％以上，而大多数的欠发达国家却只占到5％左右。但是由于二氧化碳污染造成的全球变暖，臭氧层破坏等环境问题却是由各个国家共同承担的，如此说来，对那些欠发达的国家是不公平的。我想，任何一种重要的力量或者伟大的力量，比如说我们向自然进攻，人类掌握科学技术这种伟大的力量，如果不受道德约束的话，是非常危险的。因为我们都知道，科学技术发展，经济发展已经达到了可以毁灭地球生态系统的程度，大规模的核战争破坏，可能毁坏地球生命，包括人类对生态、对自然的进攻，人类改变生态系统也可能毁灭地球的生物，威胁人类的健康。从大气的角度分析这个问题，我想我们都非常清楚。大气污染的问题，影响我们的健康的程度是非常严重的。我们的健康指数在不断的下降，人类的体质在下降，人类的生存能力在下降，癌症、怪胎情况的出现也在上升。大气环境污染、生态破坏威胁到了人类的健康，用道德的力量对这个问题进行控制已经是在必行。首先，我们应该知道大气是指生物赖以生存的空气的物理、化学和生物学特性。大气的物理特性主要包括空气的温度、湿度、风速、气压和降水，这一切均由太阳辐射这一原动力引起。化学特性则主要为空气的化学组成：大气对流层中氮、氧、氢3种气体占％，二氧化碳约占％，还有一些微量杂质及含量变化较大的水汽。人类生活或工农业生产排出的氨、二氧化硫、一氧化碳、氮化物与氟化物等有害气体可改变原有空气的组成，并引起污染，造成全球气候变化，破坏生态平衡。在全球性大气环境问题中，全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨等三大问题，最为引人关注，这些问题不仅影响了人类正常的生活与健康，并且对地球上其它生物的生存也造成了巨大的威胁，试问，对它们而言又公平吗？ 因此，无论从自然的层面还是道德的层面来讲都应该重视对大气环境的保护，这关系到全人类的利益，是我们共同的课题，绝不能因为一味追求本国经济的增长而弃全人类的安危于不顾。 其次，关于保护大气环境，每个国家特别是发达国家和高速发展的国家都必需履行以下四个方面的基本职责： 1.将大气环境保护工作纳入国民经济和社会发展计划。就是在经济、社会发展的需要和环境保护的需要之间作好综合平衡，将大气环境保护工作作为国家发展工作的有机组成部分，在国民经济和社会发展计划中同时规定经济、社会发展与大气环境保护的目标、措施、方法和指标。 2.合理规划工业布局。合理的工业布局既可以充分利用大气的自净能力，也可以减轻对大气的污染，因此，合理规划工业布局是解决大气污染问题的重要途径。合理规划工业布局既包括对新建工业进行合理布置，也包括调整现有的不合理的工业布局，有计划地迁移严重污染大气的工业企业。 3.加强防治大气污染的科学研究。大气污染严重的一个主要原因是防治大气污染的科学技术相对落后，大气污染的最终解决，还是有赖于科学技术的发展。所以，加强防治大气污染的科学研究是解决全球大气污染问题的根本措施之一。 4.采取防治大气污染的措施，保护和改善大气环境。各国政府应当采取防治大气污染的其他措施，包括划定大气污染防治重点城市和区域、积极发展城市集中供热、加强机动车污染控制等。近年来，在保护大气环境方面国际社会也做出了积极努力，制定了《京都议定书》。该协定书需要在占全球温室气体排放量55％以上的至少55个国家批准，才能成为具有法律约束力的国际公约。中国于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。欧盟及其成员国于2002年5月31日正式批准了《京都议定书》。2004年11月5日，俄罗斯总统普京在《京都议定书》上签字，使其正式成为俄罗斯的法律文本。截至2005年8月13日，全球已有142个国家和地区签署该议定书，其中包括30个工业化国家，批准国家的人口数量占全世界总人口的80％。2005年2月16日，《京都议定书》正式生效。京都议定书规定工业化国家要减少温室气体的排放，减少全球气候变暖和海平面上升的危险，发展中国家没有减排义务。到2010年，相对于1990年的温室气体排放量全世界总体排放要减少，包括6种气体，二氧化碳、甲烷、氮氧化物、氟利昂（氟氯碳化物）等。到2008年至2012年的五年间，欧盟国家应减少8%，美国7%，日本6%，加拿大6％、东欧各国5％～8％。新西兰、俄罗斯和乌克兰则不必削减，可将排放量稳定在1990年水平上，允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别比1990年增加10％、8％、1％。《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量55％的至少55个国家批准之后才具有国际法效力。各个国家之间可以互相购买排放指标，也可以以增加森林面积吸收二氧化碳的方式按一定计算方法抵消。中国年排放亿吨二氧化碳，人均吨，美国年排放亿吨二氧化碳，人均吨，欧盟年排放亿吨二氧化碳，人均吨。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放，是对保护大气环境做出的强有力保障，从另一个方面讲也是对人类和生物环境权的尊重。 京都议定书规定发展中国家没有减排义务，但是作为世界上最大的发展中国家，中国对环境包括对大气的污染程度仍然受到各国的关注。世界各国的历史已经表明，在经济增长与环境变化之间有一个共同的规律:一个国家在工业化进程中，会有一个环境污染随国内生产总值同步高速增长的时期，尤其是重化工业时代。据了解，世界卫生组织每年都对世界主要城市的大气质量污染情况进行监测评比，沈阳作为一个老污染城市历来都“榜上有名”，1988年还曾进入到世界十大污染城市第二位。在今年这次评比中，世界卫生组织对全世界53个国家272个城市大气中的总悬浮颗粒物、二氧化硫、二氧化氮3种完全污染物的浓度进行了测定，并重新推出全球十大污染城市，其中包括中国的北京、兰州等8个城市。据调查，在中国，基本消除酸雨污染所允许的最大二氧化硫排放量为1200万~1400万吨。而2006年，全国二氧化硫排放量就达到万吨，比2005年增长12％，其中工业排放量增加了％。按照目前的经济发展速度以及污染控制方式和力度，到2020年，全国仅火电厂排放的二氧化硫就将达2100万吨以上，全部排放量将超过大气环境容量1倍以上，这对生态环境和民众健康将是一场严重的灾难。应当注意中国是一个在环境上回旋余地极小的大国，又是一个在全球资源、市场基本被瓜分完毕后崛起的一个后起国家。中国没有任何可能像某些先行国家那样，等到环境恶劣到极点后再来治理。 但中国又是一个发展中国家，别人走过的先发展经济、再治理污染的道路，中国不可避免的也会走一遭。作为一个传统道德致上的大国，天人合一是中国文化、哲学、秩序、伦理思想的主流和依据，可以说中国的生态哲学也给人类提供了一个理想的王国，一个去向，一种动力。尽管很难达到，但也为人类应该何去何从提供了一个模式：人与大自然和谐。我想，在保护大气环境乃至整个生态环境的问题上，中国应该发挥自己的优势，以身作则，用道德的力量唤起人类的良知，共同保护我们赖以生存的家园 。